一種靜力試驗(yàn)界面載荷測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)

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1、一種靜力試驗(yàn)界面載荷測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)　　摘要：為準(zhǔn)確測(cè)量超靜定式吊掛與機(jī)翼/發(fā)動(dòng)連接界面在靜力試驗(yàn)中的載荷，針對(duì)吊掛靜力試驗(yàn)對(duì)界面載荷傳感器的量程和精度要求，提出了一種新的傳感器設(shè)計(jì)方案，通過(guò)實(shí)心式構(gòu)型和承力支點(diǎn)的設(shè)計(jì)提高量程和精度。強(qiáng)度校核證實(shí)該傳感器具有足夠的量程。通過(guò)測(cè)試靜態(tài)特性和不同耳片間隙、安裝角度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，對(duì)該構(gòu)型進(jìn)行了可行性分析，結(jié)果表明，該構(gòu)型傳感器具有較好的靜態(tài)特性和測(cè)量精度，同時(shí)安裝位置對(duì)其測(cè)量結(jié)果的影響可以忽略?！　￡P(guān)鍵詞：靜力試驗(yàn)；載荷傳感器；構(gòu)型設(shè)計(jì)；靜態(tài)特性　　中圖分類號(hào)：TP212.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044（201

2、6）17-0217-03　　現(xiàn)有的翼吊布局連接方式中，超靜定式是承受懸掛發(fā)動(dòng)機(jī)載荷的最好結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)重量，并且具有結(jié)構(gòu)破損安全性[1]。但同時(shí)，超靜定結(jié)構(gòu)決定了其載荷的分配更為復(fù)雜，為了驗(yàn)證吊掛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，需對(duì)其進(jìn)行地面靜力試驗(yàn)[2-3]，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量吊掛與機(jī)翼/發(fā)動(dòng)機(jī)連接界面的載荷。6　　在飛機(jī)地面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)中，應(yīng)變法被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的，唯一通用的載荷測(cè)量方法[4]。測(cè)量界面載荷，可將外形尺寸與保險(xiǎn)銷一致的測(cè)力銷替代保險(xiǎn)銷安裝在吊掛與機(jī)翼發(fā)動(dòng)機(jī)界面中，將應(yīng)變片粘貼在銷體上測(cè)量載荷。同時(shí)，載荷傳感器還需滿足測(cè)量量程和測(cè)量精度要求。經(jīng)調(diào)研分析，市面上符合界

3、面尺寸的載荷傳感器的量程遠(yuǎn)不能滿足試驗(yàn)要求[5]?！　闈M足實(shí)際試驗(yàn)要求，在對(duì)現(xiàn)有的傳感器研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一種實(shí)心點(diǎn)接觸式傳感器?！　?界面載荷傳感器構(gòu)型設(shè)計(jì)方案　　1.1界面載荷測(cè)量位置　　超靜定結(jié)構(gòu)吊掛如圖1所示，上連桿、中接頭和斜撐桿與機(jī)翼的連接，構(gòu)成一個(gè)超靜定連接，前、后安裝節(jié)與發(fā)動(dòng)機(jī)連接，為靜定連接。為了分析載荷傳遞路徑，需要測(cè)量連接界面的傳遞的載荷，故連接接頭即為界面載荷的測(cè)量位置。如圖1標(biāo)注的數(shù)字所示?！　?.2界面?zhèn)鞲衅鳂?gòu)型設(shè)計(jì)　　設(shè)計(jì)的實(shí)心點(diǎn)接觸傳感器構(gòu)型如圖2所示。主要有銷體、承力支點(diǎn)、導(dǎo)線槽、傳感部分和銷座組成。實(shí)心結(jié)構(gòu)提高了其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從

4、而增加測(cè)量量程。承力支點(diǎn)采用弧形凸臺(tái)式設(shè)計(jì)，使傳感器與耳片接觸形式為點(diǎn)接觸，防止傳感器與耳片的線接觸形式發(fā)生改變。各凸臺(tái)間距根據(jù)接頭耳片間距確定。傳感器凸臺(tái)之間為傳感部段，應(yīng)變片粘貼于此區(qū)域內(nèi)，應(yīng)變片連接導(dǎo)線布置于導(dǎo)線槽內(nèi)，避免安裝使用過(guò)程中損壞應(yīng)變片或?qū)Ь€使傳感器失效。　　1.3傳感器測(cè)量原理　　傳感器的受力圖如圖3（a）所示。根據(jù)該圖可知，在單耳和雙耳間隙處受純彎矩作用。將雙耳中心簡(jiǎn)化為鉸支，單耳中心受集中力，如圖3（c）。傳感器兩處傳感部段圓周上，以導(dǎo)線布置槽為起點(diǎn)，間隔90?依次布置4枚應(yīng)變片，兩傳感部段上各應(yīng)變片位置編號(hào)如圖4（b）所示。將61、3、5、7號(hào)應(yīng)

5、變片和2、4、6、8號(hào)應(yīng)變片組成全橋測(cè)量電路?！　∈街校琜F]-傳感器所受剪力；[x]-剪力與應(yīng)變片粘貼截面之間的距離?！　?傳感器強(qiáng)度校核　　2.1傳感器材料　　為了使載荷傳感器具有足夠的強(qiáng)度和剛度，選擇低合金超高強(qiáng)度鋼30CrMnSiNi2A作為傳感器材料，其屈服強(qiáng)度為1570MPa，極限強(qiáng)度為1627MPa，一般用于制造高強(qiáng)度連接件和軸類零件等重要受力結(jié)構(gòu)部件。　　2.2強(qiáng)度校核　　界面載荷傳感器主要用于限制載荷試驗(yàn)階段，故標(biāo)定載荷為有限元分析結(jié)果中最危險(xiǎn)工況的極限界面載荷值乘以67%。校核采用第四強(qiáng)度理論，判斷傳感器結(jié)構(gòu)是否滿足強(qiáng)度要求。　　實(shí)心點(diǎn)接觸傳感器主要

6、用于測(cè)量載荷薄弱處的界面載荷，故其測(cè)量位置為位于圖1的5、6、7、8處。為獲得保守的校核結(jié)果，選取傳感器的中間支點(diǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算?！　鞲衅鞯那?zhǔn)則為：　　3傳感器可行性分析　　在測(cè)力傳感器結(jié)構(gòu)定型前，需要對(duì)其進(jìn)行地面驗(yàn)證試驗(yàn)檢測(cè)傳感器性能的各項(xiàng)指標(biāo)，包括靜態(tài)特性分析以及安裝位置對(duì)傳感器測(cè)量結(jié)果的影響，用于可行性分析，原理圖如圖3（a）所示?！　?.1靜態(tài)特性分析　　3.1.1靈敏度6　　靜態(tài)工作狀態(tài)下，傳感器的單位輸入所產(chǎn)生的輸出稱為靜態(tài)靈敏度，可以用傳感器特性曲線上相應(yīng)點(diǎn)的斜率來(lái)表示。實(shí)心點(diǎn)接觸式傳感器的靜態(tài)特性曲線為直線，計(jì)算得到靈敏度為23.117。　　3.

7、1.2重復(fù)性　　重復(fù)性反應(yīng)的多次重復(fù)測(cè)量所得的靜態(tài)特性曲線不一致的程度。若特性曲線一致，表明重復(fù)性好，誤差也小?！　∝惾麪柟綖樵娇詹繕?biāo)準(zhǔn)中重復(fù)性誤差計(jì)算所采用的計(jì)算方法，其重復(fù)性誤差可定義為　　ξR=3DYF.S.×100%（6）　　式中，D-總體標(biāo)準(zhǔn)偏差。ξR反映隨機(jī)誤差的極限值，其置信概率為99.73%。計(jì)算得到的重復(fù)性誤差為1.05%。　　3.1.3遲滯　　遲滯表示測(cè)試系統(tǒng)當(dāng)輸入量由小變大和由大變小變化時(shí)，所得的輸出量不一致程度。同一輸入量時(shí)的輸出量的偏差為之后滯后偏差，最大的滯后偏差和滿量程輸出比值的百分?jǐn)?shù)被稱為系統(tǒng)的遲滯。計(jì)